JP3879470B2 - 撮像信号の基準レベル調整装置およびプログラム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（電荷結合素子；Charge Coupled Device） などの撮像素子から出力された撮像信号の基準レベルを調整するための基準レベル調整装置、およびコンピュータを利用して撮像信号の基準レベル調整を実現するためのプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤなどの撮像素子を利用して画像を形成する場合、撮像素子から出力された撮像信号のダイナミックレンジを有効に使用するために、ゲイン調整やオフセットレベル（オプティカルブラックレベル）調整をして、次ブロックに信号を渡している。またデジタル画像処理をする場合におけるオフセット調整の際には、撮像信号のダイナミックレンジがＡ／Ｄ変換器の入力レンジと略同じになるように、たとえば最小光量がＡ／Ｄ変換器の入力レンジの最小レベルになるように、撮像素子の光学的な黒画素の信号レベル、いわゆるオプティカルブラックレベルをクランプする。また、撮像信号の１画素分におけるリセットノイズ成分の影響を受けないように、光に応じたレベルを呈する画素信号部分のみをサンプリングした結果をクランプ部に負帰還させることで、オプティカルブラックレベルをＡ／Ｄ変換器のボトム基準電圧と略等しくレベル調整する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなレベル調整の際には、制御系の定数によっては、応答が遅くなったり、逆に発振気味になったりするなど、制御が不安定になり、オプティカルブラックレベルを所望とする基準電位に適正にクランプ調整することができなくなることがある。たとえば、大きなゲイン設定をしたときや、システムクロックや１ラインの周期を切り替えることで、動作速度や解像度などを切り替える場合などである。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ゲイン設定、あるいは動作速度や解像度などを切り替える際にも、撮像信号の基準レベルを安定して調整することができる基準レベル調整装置、並びにコンピュータを利用してソフトウェア的に撮像信号の基準レベル調整を実現するプログラムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る基準レベル調整装置は、ＣＣＤなどの撮像素子から出力された撮像信号の基準レベルを調整するための基準レベル調整装置であって、撮像信号におけるラインごとの光学的な基準レベルをクランプするクランプ部と、撮像素子を構成する受光素子の出力信号のうちの、光に応じたレベルを呈する画素信号部分の信号レベルをサンプリングするサンプリング部と、サンプリング部によるサンプリングにより得られた画素信号電圧を所定レベルに増幅する少なくとも１段のゲイン設定増幅器と、サンプリング部によるサンプリングの結果を撮像信号に帰還させる帰還制御部とを備える。帰還制御部は、出力電圧をクランプ部に入力する負帰還増幅器と、ゲイン設定増幅器への入力信号またはゲイン設定増幅器の出力信号のうちの何れか１つを選択して負帰還増幅器に入力する帰還信号切替部とを有する。
【０００６】
また従属項に記載された発明は、本発明に係る基準レベル調整装置のさらなる有利な具体例を規定する。さらに、本発明に係るプログラムは、本発明に係る基準レベル調整装置を、電子計算機（コンピュータ）を用いてソフトウェアで実現するために好適なものである。なお、プログラムは、コンピュータ読取り可能な記憶媒体に格納されて提供されてもよいし、有線あるいは無線による通信手段を介して配信されてもよい。
【０００７】
【作用】
上記構成の基準レベル調整装置において、帰還信号切替部は、ゲイン設定増幅器への入力信号またはその出力信号のうちの何れか１つを選択して負帰還増幅器に入力する。帰還信号切替部の切替動作は、撮像信号の読出速度に応じて、あるいは増幅器出力の安定度に応じて、自動もしくは人手によるマニュアル操作で制御すればよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明に係る基準レベル調整装置の一実施形態を搭載したカラー複写機の一例の機構図である。このカラー複写機は、画像読取システムの一例である画像取得部１０、画像処理部２０、画像出力部（画像記録部）３０、ユーザインタフェース５０、およびエディットパッド６０を備える。
【００１０】
画像取得部１０は、プラテンガラス１１上に載置された原稿を読み取って得た入力画像を赤、緑、青の各色成分のデジタル画像データに変換する。たとえばハロゲンランプを有する光源１２からの光がプラテンガラス１１上に載置された原稿を照射し、反対光が図示しない光学系を介して赤、緑、青の各色に分光される。そして各色光が、各色光用に分けられた、固体撮像素子の一例であるＣＣＤからなるラインセンサ１３に入射し、入力画像がたとえば４００ｄｐｉ（４００ドット／１インチ）の解像度で読み取られることによって、赤、緑、青の各色成分のアナログの画像信号が得られる。なお、本実施形態の画像取得部１０は、システムクロックや１ラインの周期を切り替えることで、動作速度や解像度などの動作モードを切替可能なものであり、動作モードに応じてＣＣＤの読出速度が切り替えられるように構成されている。たとえばＣＣＤの読出速度が、１８ＭＨｚ程度以下の低速読出モードと、２５ＭＨｚ程度以上の高速読出モードとに切り替え可能に構成される。
さらに、本発明に係る基準レベル調整装置が組み込まれた信号処理部１４において、図示しない増幅部がラインセンサ１３からの赤、緑、青の各画像信号を所定のレベルまで増幅し、さらに図示しないＡ／Ｄコンバータがデジタルデータに変換することにより、赤、緑、青のデジタル画像データＲ，Ｇ，ＢがＡ／Ｄコンバータから得られる。この赤、緑、青の画像データＲ，Ｇ，Ｂは、ケーブル１５を通じて画像処理部２０に送られる。
【００１１】
この読取り時には、光源１２からの光が原稿を全面に亘って照射し、ラインセンサ１３が入力画像を全面に亘って読み取るように、光源１２を含む光学系、ラインセンサ１３および信号処理部１４は、矢印１６で示すように図１中の左方から右方に移動させられる。
【００１２】
画像処理部２０は、画像取得部１０の信号処理部１４からの赤、緑、青の画像データＲ，Ｇ，Ｂに基づいて、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）のオンオフ２値化トナー信号を得、各トナー信号を画像出力部３０に出力する。
【００１３】
画像出力部３０は、一方向に順次一定間隔をおいて並置されたＫ，Ｙ，Ｍ，Ｃの各色の画像形成部３１Ｋ，３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃを有する。先端検出器４４が、用紙カセット４１から各画像形成部に搬送される用紙の搬送経路上に近接して設けられている。この先端検出器４４は、用紙カセット４１からレジストローラ４２を通じて転写ベルト４３上に送り出された用紙の先端をたとえば光学的に検出して先端検出信号を得、この先端検出信号を画像処理部２０に送る。画像処理部２０は、入力された先端検出信号に同期して、Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃの各色のオンオフ２値化トナー信号を順次一定間隔をおいて得る。
【００１４】
画像出力部３０においては先ず、半導体レーザ３８Ｋは、画像処理部２０からのブラックのオンオフ２値化トナー信号によって駆動されることにより、ブラックのオンオフ２値化トナー信号を光信号に変換し、この変換されたレーザ光をポリゴンミラー３９に向けて照射する。このレーザ光は、さらに反射ミラー４７Ｋ，４８Ｋ，４９Ｋを介して一次帯電器３３Ｋによって帯電された感光体ドラム３２Ｋ上を走査することにより、感光体ドラム３２Ｋ上に静電潜像を形成する。この静電潜像は、ブラックのトナーが供給される現像器３４Ｋによってトナー像とされ、このトナー像は、転写ベルト４３上の用紙が感光体ドラム３２Ｋを通過する間に転写帯電器３５Ｋによって用紙上に転写される。そして転写後は、クリーナ３６Ｋによって感光体ドラム３２Ｋ上から余分なトナーが除去される。
【００１５】
同様に、半導体レーザ３８Ｙ，３８Ｍ，３８Ｃは、画像処理部２０からブラックのオンオフ２値化トナー信号に対して順次一定間隔をおいて得られる対応するＹ，Ｍ，Ｃの各色のオンオフ２値化トナー信号によって駆動されることにより、各色のオンオフ２値化トナー信号を光信号に変換し、この変換されたレーザ光をポリゴンミラー３９に向けて照射する。このレーザ光は、さらに反射ミラー４７Ｙ〜４９Ｙ，４７Ｍ〜４９Ｍ，４７Ｃ〜４９Ｃを介して一次帯電器３３Ｙ，３３Ｍ，３３Ｃによって帯電された感光体ドラム３２Ｋ上を走査することにより、感光体ドラム３２Ｙ，３２Ｍ，３２Ｃ上に静電潜像を順次形成する。各静電潜像は、各色のトナーが供給される現像器３４Ｙ，３４Ｍ，３４Ｃによって順次トナー像とされ、各トナー像は、転写ベルト４３上の用紙が対応する感光体ドラム３２Ｙ，３２Ｍ，３２Ｃを通過する間に対応する転写帯電器３５Ｙ，３５Ｍ，３５Ｃによって用紙上に順次転写される。
【００１６】
このようにＫ，Ｙ，Ｍ，Ｃの各色のトナー像が順次多重転写された用紙は、転写ベルト４３上から剥離され、定着ローラ４５によってトナーが定着されて、複写機の外部に排出される。
【００１７】
ユーザインタフェース５０は、ユーザが所望の機能を選択して、その実行を指示するもので、この例においては、カラーＣＲＴディスプレイ５１およびハードコントロールパネル５２を備え、さらに赤外線タッチボード５３が組み合わされて、画面上のソフトボタンによって直接、条件を指示できるようにされる。エディットパッド６０は、これによって編集を施す領域を設定することができる。
【００１８】
図２は、本発明に係る基準レベル調整装置の一実施形態を示す回路ブロック図である。この基準レベル調整装置は、前述のように信号処理部１４の一部に組み込まれる。この基準レベル調整装置１０１は、撮像素子の一例である図示しないＣＣＤから出力された撮像信号Ｓ０におけるラインごとの光学的な基準レベル（オプティカルブラックレベル）をクランプするクランプ部１１０と、クランプ部１１０によるクランプ動作期間内における画素信号部分の信号レベルをサンプリングするサンプリング部１２０と、サンプリング部１２０によるサンプリングにより得られた画素信号電圧を所定レベルに増幅するゲイン設定増幅器１３４と、サンプリング部１２０によるサンプリング動作により得られた画素信号電圧Ｓ２を所定レベルに増幅しクランプ部１１０に入力することで、サンプリング結果をＣＣＤから出力された撮像信号Ｓ０に帰還させる帰還制御部１３０とを備える。
【００１９】
クランプ部１１０は、撮像信号Ｓ０の直流成分をカットするコンデンサＣ１１０と、ＦＥＴなどのスイッチング素子１１２とを有する。スイッチング素子１１２は、クランプパルスOBCPに基づいて撮像信号Ｓ０を所定レベルにクランプする主要部であり、その一端Ｔ１はコンデンサＣ１１０の出力側（クランプ済の撮像信号Ｓ１側）と接続され、他端Ｔ２には帰還制御部１３０の帰還出力信号Ｓ６が入力されている。このスイッチング素子１１２は、クランプパルスOBCP（アクティブＨ）が入力されるとオンすることで、撮像信号Ｓ１の所定位置（オプティカルブラック）を帰還出力信号Ｓ６と同電位にしようとする。
【００２０】
サンプリング部１２０は、その主要部であるサンプリングアンプ１２２と、このサンプリングアンプ１２２の一方の端子Ｔ１に接続されたホールド用のコンデンサＣ１２４とを有する。サンプリングアンプ１２２には、画素信号部分をサンプリングするためのサンプリングパルスSMPL（アクティブＨ）が入力される。サンプリングアンプ１２２の他方の端子Ｔ２にはクランプ済の撮像信号Ｓ１が入力されている。サンプリングアンプ１２２は、サンプリングパルスSMPLが入力されるとオンすることで、クランプ済の撮像信号Ｓ１の画素信号部分の信号レベルをサンプリングし、このサンプリングにより得た画素信号電圧Ｓ２をホールド用のコンデンサＣ１２４に保持する。
【００２１】
ゲイン設定増幅器１３４、サンプリング部１２０から出力された画素信号電圧Ｓ２を所定レベルに増幅する複数段のゲイン設定増幅器１３４（各段を順に、１３４ａ，１３４ｂ，…とする）を有する。本実施形態のゲイン設定増幅器１３４は２段の増幅器から構成されている。初段のゲイン設定増幅器１３４ａは可変ゲインタイプであり、内部にゲインを調整するゲイン調整部１３５ａを有する。一方、２段目のゲイン設定増幅器１３４ｂはゲインが固定のタイプである。
【００２２】
帰還制御部１３０は、オペアンプなどで構成された負帰還増幅器１３２と、負帰還増幅器１３２を主要部とするフィードバック回路１４９の帰還係数を切替える帰還係数切替部１４０とを有する。帰還係数切替部１４０は、一方の端子が負帰還増幅器１３２の反転入力端子（−）と接続されかつ他方の端子に基準電位Vrefが入力された抵抗回路Ｒ１４１と、負帰還増幅器１３２の反転入力端子（−）と出力端子との間に並列接続された抵抗回路Ｒ１４２およびコンデンサ回路Ｃ１４１を有する。負帰還増幅器１３２の出力である帰還出力信号Ｓ６はクランプ部１１０のスイッチング素子１１２の端子Ｔ２に入力される。基準電位Vrefとしては、たとえば、基準レベル調整装置１０１の後段に接続される図示しないＡ／Ｄ変換器のボトム基準電圧が設定される。これにより、基準レベル調整装置１０１は、撮像信号Ｓ１の最小光量レベルがＡ／Ｄ変換器の入力レンジの最小レベルになるようにレベル調整するようになる。
【００２３】
また帰還制御部１３０は、複数段のゲイン設定増幅器１３４ａ，１３４ｂへの入力信号または各段のゲイン設定増幅器１３４の出力信号（画素信号電圧Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，…）のうちの何れか１つを選択し、選択済の画素信号電圧Ｓ５を抵抗素子Ｒ１３０を介して負帰還増幅器１３２の正転入力端子（＋）に入力する帰還信号切替部１３６を有する。また帰還制御部１３０は、ゲイン調整部１３５ａを制御することで初段のゲイン設定増幅器１３４ａのゲインを調整するとともに、帰還信号切替部１３６および帰還係数切替部１４０の切替動作を制御する切替制御部１４２を有する。
【００２４】
図３は、上記構成の基準レベル調整装置１０１の詳細を説明するための参照図であって、撮像信号の一例を示す。基準レベル調整装置１０１は、撮像信号Ｓ０におけるオプティカルブラックレベルをラインごとにクランプ部１１０でクランプし、このクランプ部１１０によるクランプ動作期間内における画素信号部分の信号レベルをサンプリング部１２０によりサンプリングし、さらにこのサンプリング部１２０から出力された画素信号電圧Ｓ２を所定レベルに増幅してクランプ部１１０に負帰還入力することで、撮像信号Ｓ１の最小光量レベルをＡ／Ｄ変換器の入力レンジの最小レベルになるようにレベル調整する。
【００２５】
撮像信号Ｓ０を、ラインごとに、光学的黒画素直前の所定位置をクランプするラインクランプモードで動作させると、図３（Ａ）に示すように、ラインごとに光学的黒画素のレベルが大きくバラ付いてしまう。したがって、このクランプ済の撮像信号をＡ／Ｄ変換器に入力すると、Ａ／Ｄ変換器の規定入力範囲（ボトム基準電圧〜トップ基準電圧）からはみ出してしまい、Ａ／Ｄ変換処理を正しくできず、後段のデジタル信号処理に不都合を生じる。
【００２６】
これを避けるために、本実施形態の基準レベル調整装置１０１では、クランプ部１１０が、図３（Ｂ）に示すように、光学的黒画素部分の電圧（オプティカルブラックレベル）をクランプ目標電位である基準電位Vrefにクランプするように機能する。一般にこのクランプ処理をＯＢクランプという。基準電位Vrefとして、たとえばＡ／Ｄ変換器のボトム基準電圧が設定される。
【００２７】
また撮像信号Ｓ０は、１画素ごとについてみると、図３（Ｃ）に示すように、光量に応じたレベルを呈する画素信号部分とその画素信号部分の情報をリセットする部分によるリセットノイズ成分とがある。撮像信号Ｓ０におけるＣＣＤの読出速度が、たとえば１８ＭＨｚなどの２０ＭＨｚ以下の比較的低速の場合には、ＣＤＳ（相関ダブルサンプリング）などの手法により、このリセットノイズ成分を除いた画素信号部分のみからなる撮像信号にしてからＯＢクランプをするので、通常はリセットノイズ成分がＯＢクランプに問題を与えることは少ない。しかしながら、ＣＤＳなどによってもリセットノイズ成分を完全に除去できない場合もあり、また前記ＣＣＤの読出速度がたとえば２５ＭＨｚなどの比較的高速の場合にはＣＤＳなどの手法を用いることが困難になるため、図３（Ｃ）に示すリセットノイズ成分をそのまま含んだ信号でＯＢクランプをせざるを得ない場合もある。これらの場合には、前記リセットノイズ成分により、光学的黒画素のレベルをクランプ目標電位に近づけようとすることができない、つまりオプティカルブラックレベルを正しくクランプ調整することができない場合が生じる。
【００２８】
これを避けるために、本実施形態の基準レベル調整装置１０１では、サンプリング部１２０により画素信号部分のみをサンプリングした結果（画素信号電圧Ｓ２）をゲイン設定増幅器１３４により適度に増幅し、負帰還増幅器１３２を介してクランプ部１１０に負帰還させることで、オプティカルブラックレベルをＡ／Ｄ変換器のボトム基準電圧と略等しくレベル調整する構成としている。
【００２９】
また基準レベル調整装置１０１は、上述のように、システムクロックや１ラインの周期を切り替えることで、動作速度や解像度などの動作モードを切替可能な画像取得部１０（図１参照）に適用される。この場合、撮像素子の光学的黒画素エリアには限りがあるので、負帰還増幅器１３２を主要部とするフィードバック回路１４９の定数によっては、図３（Ｄ）に示すように応答が遅くなったり、逆に発振気味になったりするなど、制御が不安定になり、オプティカルブラックレベルを基準電位Vrefに適正にクランプ調整することができないという問題が生じ得る。そこで本実施形態の基準レベル調整装置１０１は、フィードバック回路１４９の定数をシステム要求仕様に応じて可変できるようにすることで、システムに最適なレベル調整ができるようにしている。
【００３０】
具体的には、先ず、フィードバック回路１４９の定数を変更して帰還係数を切替えるために、抵抗回路Ｒ１４１、抵抗回路Ｒ１４２、およびコンデンサ回路Ｃ１４１を有する帰還係数切替部１４０を、負帰還増幅器１３２に接続した。抵抗回路Ｒ１４１，Ｒ１４２は、図示しない複数の抵抗素子を有し、抵抗素子を切替選択することで、負帰還増幅器１３２と帰還係数切替部１４０とで構成されるフィードバック回路１４９の帰還ゲインを切替可能になっている。また、コンデンサ回路Ｃ１４１は、図示しない複数のコンデンサを有し、コンデンサを切替選択することで、前記フィードバック回路１４９の帰還応答性を切替可能になっている。つまり、帰還係数切替部１４０は、帰還ゲインおよび帰還応答性の両方を切替えることで、フィードバック回路１４９の総合応答性を切替可能に構成されている。この抵抗回路Ｒ１４１、抵抗回路Ｒ１４２、およびコンデンサ回路Ｃ１４１の、それぞれの切替動作は、切替制御部１４２からの制御信号Ｃ３に基づいてなされる。この際切替制御部１４２は、画像読取システムの動作モードや、ゲイン設定増幅器１３４の出力である画素信号電圧Ｓ３，Ｓ４を参照して、帰還係数切替部１４０の切替動作を制御する。
【００３１】
また、基準レベル調整装置１０１は、ゲイン設定増幅器１３４のうちの、初段のゲイン設定増幅器１３４ａを可変ゲインタイプにした。ゲインを切り替えるためのゲイン調整部１３５ａは、レジスタ設定値でそのゲインを切り替えることができるようにしたものである。このゲイン調整部１３５ａのゲイン切替動作は、切替制御部１４２からの制御信号Ｃ２に基づいてなされる。この際切替制御部１４２は、画像読取システムの動作モードや、ゲイン設定増幅器１３４の出力である画素信号電圧Ｓ３，Ｓ４を参照して、ゲイン調整部１３５ａのゲインを設定する。
【００３２】
さらに、基準レベル調整装置１０１は、ゲイン設定増幅器１３４ａ，１３４ｂへの入力信号または出力信号（画素信号電圧Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４）のうちの何れか１つを選択し負帰還増幅器１３２に入力する帰還信号切替部１３６を備えた。帰還信号切替部１３６は、たとえば３入力−１出力タイプのマルチプレクサを有する。この帰還信号切替部１３６の信号選択切替動作は、切替制御部１４２からの制御信号Ｃ１に基づいてなされる。この際切替制御部１４２は、画像読取システムの動作モードや、ゲイン設定増幅器１３４の出力である画素信号電圧Ｓ３，Ｓ４を参照して、帰還信号切替部１３６の切替動作を制御する。
【００３３】
図４は、上記構成の基準レベル調整装置１０１の作用、特に、切替制御部１４２による制御方法を説明するフローチャートである。先ず切替制御部１４２は、ゲイン調整部１３５ａおよび帰還係数切替部１４０を制御して、動作モードに応じた特性を満たすように、ゲイン設定増幅器１３４ａのゲインと帰還係数切替部１４０の帰還係数を設定する（Ｓ１００）。ところで、上述のようにゲイン調整用のゲイン設定増幅器１３４は、２段で構成されている。各ゲイン設定増幅器１３４ａ，１３４ｂは、それぞれオフセット誤差を持つので、この誤差がレベル調整に悪影響を与える虞れがある。その誤差をキャンセルするためには、できるだけ後段の信号を取り出し、負帰還増幅器１３２に供給してフィードバックをかけた方がよい。このため、切替制御部１４２は、通常は、２段目のゲイン設定増幅器１３４ｂからの画素信号電圧Ｓ４を選択して負帰還増幅器１３２に供給するよう、帰還信号切替部１３６を制御する（Ｓ１０２）。
【００３４】
ところが、ゲイン設定増幅器１３４ａにおける、ゲイン設定対出力レベルの関係が不連続で急激にレベル変動してしまうポイントが発生してしまうことがある。たとえば、ゲイン調整部１３５ａのレジスタ設定値の最大値が２５５である場合、１２８以上の値を設定すると、ゲイン設定増幅器１３４ａの出力が急激に増加することがある。ゲインが急激に増えるゲイン設定増幅器１３４ａの出力から画素信号電圧Ｓ３を取り出しフィードバックをかけると発振をして不安定になり、正常動作しないことがある。このため、切替制御部１４２は、ゲイン設定増幅器１３４ａのゲイン調整をする際には、画素信号電圧Ｓ３，Ｓ４を参照しながら、制御系が安定であるか否かを監視する（Ｓ１０４）。そして、制御系が不安定になったことを検知したら（Ｓ１０４−ＮＯ）、帰還信号切替部１３６を制御してゲインが急激に増える初段のゲイン設定増幅器１３４ａに入力される画素信号電圧Ｓ２を取り出して負帰還増幅器１３２に供給させる（Ｓ１０６）。そして、フィードバック定数を応答が遅くなるように帰還係数切替部１４０の帰還係数を設定し（Ｓ１０８）、必要に応じて、この状態でゲイン設定増幅器１３４ａのゲインを再設定する（Ｓ１１０）。
【００３５】
この後、帰還信号切替部１３６を制御して、ゲイン設定増幅器１３４ａの後段側の信号である画素信号電圧Ｓ３もしくは画素信号電圧Ｓ４を取り出して、負帰還増幅器１３２に供給させる（Ｓ１１２）。なお制御系を作動させた状態のままで負帰還増幅器１３２への帰還信号を切り替えると、帰還制御系のループゲインが当然に大きくなるので制御系の安定度がさらに変化し、不安定になることが懸念される。そこで回路作動状態のままこの切替えをする際には、切替制御部１４２は、画素信号電圧Ｓ３，Ｓ４を参照しながら、制御系が不安定にならないよう監視するのが好ましい。また切替制御部１４２は、画素信号電圧Ｓ４を負帰還増幅器１３２に直ちに供給するのではなく、先ず画素信号電圧Ｓ３を負帰還増幅器１３２に供給し安定状態を維持できたら（Ｓ１１２−１）、次に画素信号電圧Ｓ４を負帰還増幅器１３２に供給するように切替制御するとよい（Ｓ１１２−２）。これにより、制御系が不安定にならないようにしつつ、負帰還増幅器１３２への帰還信号を切り替えることができる。また最終的には、２段目のゲイン設定増幅器１３４ｂからの画素信号電圧Ｓ４を選択して負帰還増幅器１３２に入力するようにすれば、ゲイン設定増幅器１３４ａ，１３４ｂが持つオフセットの影響を受けない。つまり精度よいオプティカルブラックレベル調整（ＯＢ調整）ができる。
【００３６】
以上説明したように、上記実施形態の基準レベル調整装置１０１によれば、システムクロックや１ラインの周期を変える画像読取システムを実現する際、フィードバック回路１４９の定数をシステムに応じて可変でき、しかもシステムに最適なオプティカルブラックレベル調整をすることができる。
【００３７】
また、大きなゲイン設定をすべきときは、その設定値で出力レベルが急激に大きくなる増幅器の前段から信号をフィードバックさせ応答速度を調整した後で、より後段の信号をフィードバックするように切り替えることで、安定かつ精度のよいオプティカルブラックレベル調整を実現することができる。
【００３８】
図５は、ＣＰＵやメモリを利用して、ソフトウェア的に基準レベル調整装置１０１、特に切替制御部１４２を構成する、すなわち電子計算機（コンピュータ）を用いて構成する場合のハードウェア構成の一例を示した図である。
【００３９】
この基準レベル調整装置１０１は、ＣＰＵ９０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）９０４、ＲＡＭ９０６、および通信Ｉ／Ｆ（インターフェース）９０８を備える。また、たとえばハードディスク装置９１４、フレキシブルディスク（ＦＤ）ドライブ９１６、あるいはＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk ROM）ドライブ９１８などの、記憶媒体からデータを読み出したり記録するための記録・読取装置を備えてもよい。ハードディスク装置９１４、ＦＤドライブ９１６、あるいはＣＤ−ＲＯＭドライブ９１８は、たとえば、ＣＰＵ９０２にソフトウェア処理をさせるためのプログラムデータを登録するなどのために利用される。通信Ｉ／Ｆ９０８は、インターネットなどの通信網との間の通信データの受け渡しを仲介する。クランプ部１１０と、サンプリング部１２０と、ゲイン設定増幅器１３４と、負帰還増幅器１３２および帰還係数切替部１４０からなるフィードバック回路１４９と、帰還信号切替部１３６とは、上記図２に示したものと同様のハードウェア構成および機能を有する。
【００４０】
このような構成の基準レベル調整装置１０１における作用は、上記実施形態に示した動作と同様とすることができる。また、上述した処理手順をコンピュータに実行させるプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ９２２などの記録媒体を通じて配布される。あるいは、前記プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ９２２ではなくＦＤ９２０に格納されてもよい。また、ＭＯドライブを設け、ＭＯに前記プログラムを格納してもよく、またフラッシュメモリなどの不揮発性の半導体メモリカード９２４などのその他の記録媒体に前記プログラムを格納してもよい。さらに、他のサーバなどからインターネットなどの通信網を経由して前記プログラムをダウンロードして取得したり、あるいは更新してもよい。なお、記録媒体としては、ＦＤ９２０やＣＤ−ＲＯＭ９２２などの他にも、ＤＶＤなどの光学記録媒体、ＭＤなどの磁気記録媒体、ＰＤなどの光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、ＩＣカードやミニチュアーカードなどの半導体メモリーを用いることができる。
【００４１】
記録媒体の一例としてのＦＤ９２０やＣＤ−ＲＯＭ９２２などには、上記実施形態で説明した基準レベル調整装置１０１における処理手順を示したフローチャートの一部または全ての機能を格納することができる。したがって、以下のプログラムや当該プログラムを格納した記憶媒体を提供することができる。たとえば、基準レベル調整装置１０１用のプログラム、すなわちＲＡＭ９０６などにインストールされるソフトウェアは、上記実施形態に示された基準レベル調整装置１０１と同様に、切替制御部１４２の機能部、たとえばゲイン設定増幅器１３４に対するゲイン設定、帰還信号切替部１３６による帰還信号の切替選択、あるいは帰還係数切替部１４０における帰還係数の設定の機能をソフトウェアとして備える。
【００４２】
そしてたとえば基準レベル調整装置１０１をコンピュータにより構成する場合、ＣＤ−ＲＯＭドライブ９１８は、ＣＤ−ＲＯＭ９２２からデータまたはプログラムを読み取ってＣＰＵ９０２に渡す。そしてソフトウエアはＣＤ−ＲＯＭ９２２からハードディスク装置９１４にインストールされる。ハードディスク装置９１４は、ＦＤドライブ９１６またはＣＤ−ＲＯＭドライブ９１８によって読み出されたデータまたはプログラムや、ＣＰＵ９０２がプログラムを実行することにより作成されたデータを記憶するとともに、記憶したデータまたはプログラムを読み取ってＣＰＵ９０２に渡す。ハードディスク装置９１４に格納されたソフトウエアは、ＲＡＭ９０６に読み出された後にＣＰＵ９０２により実行される。たとえばＣＰＵ９０２は、記録媒体の一例であるＲＯＭ９０４およびＲＡＭ９０６に格納されたプログラムに基づいて上記の処理手順を実行することにより、上記処理手順における撮像信号のレベル調整処理ための機能をソフトウェア的に実現することができる。
【００４３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記の実施形態は、クレームにかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００４４】
たとえば、上記実施形態では、帰還係数切替部１４０を構成する抵抗回路Ｒ１４１，Ｒ１４２の双方が複数の抵抗素子を有し、これら素子を切替選択することで帰還ゲインを切り替え、かつコンデンサ回路Ｃ１４１が複数のコンデンサを有し、このコンデンサ素子を切替選択することで帰還応答性を切り替えて、フィードバック回路１４９の総合応答性を切り替えていたが、抵抗回路Ｒ１４１，Ｒ１４２およびコンデンサ回路Ｃ１４１のうちのいずれか１つのみを切替可能に構成してもよい。
【００４５】
また抵抗回路Ｒ１４１，Ｒ１４２は、何れか一方のみが抵抗値を切替可能な構成であってもよい。また必ずしも複数の抵抗素子を有するものでなくてもよい。たとえば複数の抵抗素子の代わりにＦＥＴを設け、このＦＥＴのゲート電圧を制御してオン抵抗を変化させる構成としてもよい。またコンデンサ回路Ｃ１４１は、容量値を切替可能な構成であればよく、必ずしも複数のコンデンサを有するものでなくてもよい。たとえば回転角を機械的に制御することでその容量値を変化させることが可能なバリキャップや、両端電圧を制御することでその容量値を変化させることが可能な可変容量ダイオードを、複数のコンデンサの代わりに設けてもよい。
【００４６】
また上記実施形態では、負帰還増幅器１３２を主要部とするフィードバック回路１４９の増幅度および応答性のうちの少なくとも一方を切替える帰還係数切替部１４０を備えた帰還制御部１３０とするとともに、切替制御部１４２により、帰還係数切替部１４０および帰還信号切替部１３６の双方の切替動作を自動制御するようにしていたが、たとえば帰還係数切替部１４０を備えない帰還制御部１３０としてもよい。この場合、負帰還増幅器１３２を構成する部材である増幅度設定用の抵抗素子や応答性設定用の容量素子（コンデンサ）の定数を、人手によってマニュアルで切り替える構成とする。そして、切替制御部１４２は、人手による切替動作におけるゲイン設定増幅器１３４の出力信号を参照して、帰還信号切替部１３６の切替動作を自動制御する。つまり、切替制御部１４２は、撮像信号レベルの基準レベル調整を半自動で制御する。
【００４７】
また、たとえば帰還係数切替部１４０および切替制御部１４２を備えない帰還制御部１３０としてもよい。この場合、負帰還増幅器１３２を構成する部材である増幅度設定用の抵抗素子や応答性設定用の容量素子の定数だけでなく、帰還信号切替部１３６の切替動作をも、人手によって変更するとよい。つまりゲイン設定増幅器１３４の出力信号を参照して、撮像信号レベルの基準レベル調整をフルマニュアルで制御する。
【００４８】
また、上記実施形態では、デジタル画像処理のために、撮像信号のダイナミックレンジがＡ／Ｄ変換器の入力レンジと略同じになるようにオプティカルブラックレベルをクランプ調整していたが、アナログ画像処理において、オプティカルブラックレベルを所望の電位に調整する際にも、上記実施形態で述べた手法を同様に適用することができる。また、本願発明が処理対象とする撮像信号は、ＣＣＤから出力されたものに限らない。たとえばＣ−ＭＯＳタイプの撮像素子から出力された撮像信号であってもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、帰還信号切替部を設けて、ゲイン設定増幅器への入力信号またはその出力信号のうちの何れか１つを選択して負帰還増幅器に入力することができる構成としたので、たとえば、ゲイン設定増幅器の出力信号の安定性を監視しながら、あるいは撮像信号の読出速度に応じて、自動もしくはマニュアルで帰還信号切替部を制御することができる。これにより、ゲイン設定、あるいは動作速度や解像度などを切り替える際にも、撮像信号の基準レベルを安定して調整することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る基準レベル調整装置の一実施形態を搭載したカラー複写機の一例の機構図である。
【図２】 本発明に係る基準レベル調整装置の一実施形態を示す回路ブロック図である。
【図３】 基準レベル調整装置の詳細を説明するための参照図であって、撮像信号の一例を示す図である。
【図４】 切替制御部による制御方法を説明するフローチャートである。
【図５】 ＣＰＵやメモリを利用してソフトウェア的に基準レベル調整装置を構成する場合のハードウェア構成の一例を示した図である。
【符号の説明】
１０１…基準レベル調整装置、１１０…クランプ部、１１２…スイッチング素子、１２０…サンプリング部、１２２…サンプリングアンプ、１２４…基準電位設定部、１３０…帰還制御部、１３２…負帰還増幅器、１３４…ゲイン設定増幅器、１３６…帰還信号切替部、１４０…帰還係数切替部、１４２…切替制御部、Ｃ１４１…コンデンサ回路、Ｒ１４１…抵抗回路、Ｒ１４２…抵抗回路、Ｓ０〜Ｓ５…画素信号電圧、Ｓ６…帰還出力信号、OBCP…クランプパルス、SMPL…サンプリングパルス

Claims (6)

1. 撮像素子から出力された撮像信号の基準レベルを調整するための基準レベル調整装置であって、
   前記撮像素子から出力された撮像信号におけるラインごとの光学的な基準レベルをクランプするクランプ部と、
   前記撮像素子を構成する受光素子の出力信号のうちの、光に応じたレベルを呈する画素信号部分の信号レベルをサンプリングするサンプリング部と、当該サンプリング部による前記サンプリングにより得られた画素信号電圧を所定レベルに増幅する少なくとも１段のゲイン設定増幅器と、前記サンプリング部による前記サンプリングの結果を前記撮像信号に帰還させる帰還制御部とを備え、
   前記帰還制御部は、出力電圧を前記クランプ部に入力する負帰還増幅器と、前記ゲイン設定増幅器への入力信号または当該ゲイン設定増幅器の出力信号のうちの何れか１つを選択して前記負帰還増幅器に入力する帰還信号切替部とを有することを特徴とする基準レベル調整装置。
2. 前記帰還制御部は、前記撮像素子から出力された撮像信号の読出速度および前記ゲイン設定増幅器の出力信号のうちの少なくとも一方を参照して、前記帰還信号切替部の切替動作を制御する切替制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の基準レベル調整装置。
3. 前記ゲイン設定増幅器は、当該ゲイン設定増幅器のゲインを調整するゲイン調整部を有し、
   前記帰還制御部は、前記ゲイン調整部を制御して前記ゲイン設定増幅器のゲインを調整するとともに、前記帰還信号切替部の切替動作を制御することを特徴とする請求項２記載の基準レベル調整装置。
4. 前記帰還制御部は、前記負帰還増幅器を含むフィードバック回路の増幅度および応答性のうちの少なくとも一方を切替える帰還係数切替部をさらに有し、
   前記切替制御部は、前記帰還係数切替部および前記帰還信号切替部の切替動作を制御することを特徴とする請求項２または３記載の基準レベル調整装置。
5. 撮像素子から出力された撮像信号の基準レベルを調整するための基準レベル調整装置を自動制御するプログラムであって、
   前記基準レベル調整装置は、前記撮像素子から出力された撮像信号におけるラインごとの光学的な基準レベルをクランプするクランプ部と、前記撮像素子を構成する受光素子の出力信号のうちの、光に応じたレベルを呈する画素信号部分の信号レベルをサンプリングするサンプリング部と、前記画素信号電圧を所定レベルに増幅する少なくとも１段のゲイン設定増幅器と、出力電圧を前記クランプ部に入力する負帰還増幅器と、前記ゲイン設定増幅器への入力信号または当該ゲイン設定増幅器の出力信号のうちの何れか１つを選択して前記負帰還増幅器に入力する帰還信号切替部とを備え、
   前記プログラムは、コンピュータを、
   前記撮像素子から出力された撮像信号の読出速度および前記ゲイン設定増幅器の出力信号のうちの少なくとも一方を参照して、前記帰還信号切替部の切替動作を制御する切替制御部
   として機能させることを特徴とするプログラム。
6. 前記基準レベル調整装置は、前記ゲイン設定増幅器が当該ゲイン設定増幅器のゲインを調整するゲイン調整部、および／または、前記負帰還増幅器を含むフィードバック回路の増幅度および応答性のうちの少なくとも一方を切替える帰還係数切替部をさらに有しており、
   前記プログラムは、コンピュータを、
   前記ゲイン調整部を制御して前記ゲイン設定増幅器のゲインを調整するとともに、前記帰還係数切替部および前記帰還信号切替部の少なくとも一方の切替動作を制御することを特徴とする請求項５記載のプログラム。

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